CN112622651A - 全浸式燃料电池移动车载储氢系统及使用方法 - Google Patents

全浸式燃料电池移动车载储氢系统及使用方法 Download PDF

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刘亚青
崔磊
谌睿
朱钊
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Abstract

本发明公开了一种全浸式燃料电池移动车载储氢系统，涉及清洁能源应用和运输交通领域。它包括水密封容器，储氢罐，氢燃料电池；水密封套管上有氢气阀门。本发明通过将全部含氢的车载储氢系统及其连接的输氢管路全部置于水下或水中，隔离空气以及有危害的静电、明火，从而大幅改进燃料电池车辆的安全性。本发明还涉及这种全浸式燃料电池移动车载储氢系统的使用方法。

Description

全浸式燃料电池移动车载储氢系统及使用方法
技术领域
本发明涉及清洁能源应用和运输交通领域，更具体地说它是一种基全浸式燃料电池移动车载储氢系统。本发明还涉及这种全浸式燃料电池移动车载储氢系统的使用方法。
背景技术
目前氢燃料电池车多采用35Mpa或70Mpa储氢罐，两个或多个(重载卡车或大型客车)并联，通过管道连接至燃料电池装置的氢气输入口。上述车载储氢罐为高压容器，当氢气发生泄漏时，只能快速排放到大气中，因此对储氢罐的布置方式、防静电及明火等有非常高的要求。具体局限性表现为：
1)对于车载储氢系统，主要的危险特征是泄漏引起高压爆炸。从储氢罐的压力上来说，压力一般大于35MPa，且都装有过压泄放装置、碰撞传感器、过流过温保护等，目的即为充分保证储氢罐的安全性。
2)系统整车布置方面，储氢容器及氢气管路应布置在通风良好的地方或设计相应通风措施，保证发生泄漏时氢气能迅速扩散到大气环境中。同时，车载氢系统在车内的布置上还需考虑氢瓶及容器距离车边缘有一定的安全距离。
3)为保证氢泄漏时的安全性，燃料电池车的导体外壳与大地还需要进行可靠相连，防止产生静电引燃氢气。
因此，研发一种在防爆、泄漏检测、隔离静电方面的安全性高，并大大简化相应设备设施的全浸式燃料电池移动车载储氢系统很有必要。
发明内容
本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种全浸式燃料电池移动车载储氢系统。
本发明的第二目的是为了提供这种全浸式燃料电池移动车载储氢系统的使用方法。
为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：包括水密封容器，位于水密封容器内的储氢罐，与水密封容器底部通过水密封套管连接的氢燃料电池；所述水密封套管上有氢气阀门。
在上述技术方案中，所述水密封容器侧面上部通过补水阀与补水箱连接。
在上述技术方案中，所述水密封容器侧面上部与泄漏收集贮气间连接。
在上述技术方案中，所述泄漏收集贮气间顶部有排气阀。
在上述技术方案中，所述泄漏收集贮气间上有观察窗。
在上述技术方案中，所述泄漏收集贮气间内有氢气传感器。
为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：全浸式燃料电池移动车载储氢系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过补水阀向水密封容器和水密封套管补水，补水量以充满水密封容器和水密封套管，同时不溢满泄漏收集贮气间为标准；补水过程中，排气阀打开；
步骤2：补水工作完成后，向储氢罐内补充氢气，达到要求的存储量后，整个装置平稳工作；
步骤3：当储氢罐或水密封套管内的输氢管路发生氢气泄漏时，泄漏氢气形成气泡，图像监控设备第一时间从观察窗发现气泡运动轨迹，发出黄色警报；由于氢气不溶于水，泄漏氢气将集中到泄漏收集贮气间，泄漏收集贮气间压强逐渐增大，氢气传感器发出报警；
当泄漏收集贮气间压强大于2MPa时，排气阀打开，由于排气阀位于泄漏收集贮气间顶部，氢气密度大于空气，因此主要泄散的气体为氢气，排气阀打开的信号传递至报警系统，系统发出橙色警报。
当氢气持续泄漏，通过排气阀无法有效泄散氢气，泄漏收集贮气间压强大于5MPa时，此时泄水阀打开，排泄水密封容器内的水，并发出红色警报。
本发明通过将全部含氢的车载储氢系统及其连接的输氢管路全部置于水下或水中，隔离空气以及有危害的静电、明火，从而大幅改进燃料电池车辆的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：包括水密封容器1，位于水密封容器1内的储氢罐2，与水密封容器1底部通过水密封套管11连接的氢燃料电池3；所述水密封套管11上有氢气阀门111，水密封套管11内有氢气管路。
所述水密封容器1侧面上部通过补水阀41与补水箱4连接，补水箱4用于向水密封容器1和水密封套管11内补充水。
所述水密封容器1侧面上部与泄漏收集贮气间5连接，泄漏收集贮气间5用于短时存储泄漏的氢气。
所述泄漏收集贮气间5顶部有排气阀51，排气阀51用于向室外排出氢气，保障氢气安全泄散。
所述泄漏收集贮气间5上有观察窗52，观察窗52采用透明材质材料，用于观测整个全浸式水下、水中储氢装置的泄露情况。
所述泄漏收集贮气间5内有氢气传感器53，用于监测泄漏收集贮气间5内的气体信号，使得气体泄漏可监测。
全浸式燃料电池移动车载储氢系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过补水阀41向水密封容器1和水密封套管11补水，补充水的水质可为自来水等清洁水源，补水量以充满水密封容器1和水密封套管11，同时不溢满泄漏收集贮气间5为标准；补水过程中，排气阀51打开；
步骤2：补水工作完成后，向储氢罐2内补充氢气，达到要求的存储量后，整个装置平稳工作；
步骤3：当储氢罐2或水密封套管11内的输氢管路发生氢气泄漏时，泄漏氢气形成气泡，图像监控设备第一时间从观察窗52发现气泡运动轨迹，发出黄色警报；由于氢气不溶于水，泄漏氢气将集中到泄漏收集贮气间5，泄漏收集贮气间5压强逐渐增大，氢气传感器53发出报警；
当泄漏收集贮气间5压强大于2MPa时，排气阀51打开，由于排气阀51位于泄漏收集贮气间5顶部，氢气密度大于空气，因此主要泄散的气体为氢气，排气阀51打开的信号传递至报警系统，系统发出橙色警报。
当氢气持续泄漏，通过排气阀51无法有效泄散氢气，泄漏收集贮气间5压强大于5MPa时，此时泄水阀打开，排泄水密封容器1内的水，并发出红色警报。
实际使用中，储氢罐2为常规中高压气态存储装置，用于长管拖车的氢气运输。采用金属材质或新型轻质复合材料，相关要求需满足GB4962-2008《氢气使用安全技术规程》等相关标准、规范规定。
水密封容器1根据储氢罐2外形定制，可以是单个储氢罐2的水密封容器1(如水箱等)，或是多个储氢罐2(并排布置时)共用的水密封容器1；水密封容器1的外壳可采用不锈钢、纯铝等防锈金属材料，也可以采用有机塑料等可以良好耐受氢气的材质；水密封容器1壳体具备正常气压下水密/气密条件；水密封容器1设置有透明观察窗(柱)，用于观察内部氢气罐2的气体泄漏情况。
水密封套管11根据车内输氢管路的外径定制，可以是单个管路单个水密封套管11，或是多个输氢管路(共路径联排布置)共用的水密封套管11；水密封套管11的外壳可采用不锈钢、纯铝等防锈金属材料，也可以采用有机塑料等可以良好耐受氢气的材质；水密封套管11套管壳体具备正常气压下水密/气密条件；水密封套管11设置有透明观察窗(柱)，用于收集并观察内部氢气管路的气体泄漏情况。
本发明仅以燃料电池车辆为例，当用于燃料电池船舶或轨道交通时，可采用本发明相同的原理和方式。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (7)

1.全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：包括水密封容器(1)，位于水密封容器(1)内的储氢罐(2)，与水密封容器(1)底部通过水密封套管(11)连接的氢燃料电池(3)；所述水密封套管(11)上有氢气阀门(111)。
2.根据权利要求1所述的全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：所述水密封容器(1)侧面上部通过补水阀(41)与补水箱(4)连接。
3.根据权利要求1所述的全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：所述水密封容器(1)侧面上部与泄漏收集贮气间(5)连接。
4.根据权利要求3所述的全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：所述泄漏收集贮气间(5)顶部有排气阀(51)。
5.根据权利要求4所述的全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：所述泄漏收集贮气间(5)上有观察窗(52)。
6.根据权利要求5所述的全浸式燃料电池移动车载储氢系统，其特征在于：所述泄漏收集贮气间(5)内有氢气传感器(53)。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述全浸式燃料电池移动车载储氢系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过补水阀(41)向水密封容器(1)和水密封套管(11)补水，补水量以充满水密封容器(1)和水密封套管(11)，同时不溢满泄漏收集贮气间(5)为标准；补水过程中，排气阀(51)打开；
步骤2：补水工作完成后，向储氢罐(2)内补充氢气，达到要求的存储量后，整个装置平稳工作；
步骤3：当储氢罐(2)或水密封套管(11)内的输氢管路发生氢气泄漏时，泄漏氢气形成气泡，图像监控设备第一时间从观察窗(52)发现气泡运动轨迹，发出黄色警报；由于氢气不溶于水，泄漏氢气将集中到泄漏收集贮气间(5)，泄漏收集贮气间(5)压强逐渐增大，氢气传感器(53)发出报警；
当泄漏收集贮气间(5)压强大于2MPa时，排气阀(51)打开，由于排气阀(51)位于泄漏收集贮气间(5)顶部，氢气密度大于空气，因此主要泄散的气体为氢气，排气阀(51)打开的信号传递至报警系统，系统发出橙色警报。
当氢气持续泄漏，通过排气阀(51)无法有效泄散氢气，泄漏收集贮气间(5)压强大于5MPa时，此时泄水阀打开，排泄水密封容器(1)内的水，并发出红色警报。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115451323A (zh) * 2022-08-31 2022-12-09 广东宝杰环保科技有限公司 一种多级高压储氢容器

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